专利名称：用AlN制作大功率镓砷/铝镓砷激光器非吸收窗口的方法
技术领域：
本发明一种用AJN制作大功率镓砷/铝镓砷激光器非吸收窗口的方法，属f半导体光电子 器件技术领域。
技术背景腔面光学灾变损伤(COD )严重限制了半导体激光器输出功率及器件寿命D为了提高O)D 阈值，在激光器的前后腔面处形成非吸收窗口，窗口处的带隙比内部工作介质的带隙大，光 子经过此处，不被吸收，从而避免了温度上升。形成非吸收窗口的方法主要有多次外延法和 诱导无序法，但是这两种方法工艺较复杂，成本较高。本发明提出一种非吸收窗口结构，工艺 简单，适合各种条宽的激光器。另外，目前,激光器制作中的绝缘层大多采用Si02膜，由于Si02材料的热导率低，会导致器件的自加热效应，而氮化铝具有电阻率高、热膨胀系数低、硬度高、化学稳定性好等特点，而与一般绝缘体不同的是，它的热导率很高(100-270 W /ra，K)，是 A1A的5-10倍，约是Si02的200倍。另外，氮化铝在整个可见光和红外波段都有很高的光学 透射比，在可见光和近红外波段其消光系数几乎为零,并且具有良好的耐磨损和耐腐蚀性能， 因此完全可以作为激光器腔面抗反射膜，既起到增透作用又有钝化腔面的效果。本发明针对上述A1N材料的特点，提出了用A1N形成一种简单有效的大功率镓砷/铝镓砷 激光器非吸收窗口的制作方法，并用AlN膜代替SiA作为绝缘膜和腔面抗反射膜。 发明内容本发明的目的在于，提供一种用AlN制作大功率镓砷/铝镓砷激光器非吸收窗口的方法， 其可提高激光器的COD阈值，延长器件寿命，该方法具有工艺简单、效果好及成本低的优点,，本发明一种用A]N制作大功率镓砷/铝镓砷激光器非吸收窗口的方法，其特征在于，包括 如下歩骤(l)利用高温氮化铝膜对有源区的压应力，在激光器的前后腔面处形成非吸收窗口 区，两窗口区的中间部分为注入区；(2〉窗口区中腔面附近为预留区；(3)对窗口区中的条形 以内的区域进行间隔式深腐蚀，间隔距离为8-0微米，对窗口区中的条形以外的区域进行全 部深腐蚀，腐蚀深度接近有源区，然后在相应温度下生长氮化铝层；(4)对注入区中的条形以 外的区域进行微腐蚀，除去欧姆接触层，然后在常温下，生长薄的氮化铝作为绝缘层，代替传统的二氧化硅层；(5)前腔面镀相应厚度的A1N作为抗反射膜；器件的其它工艺与常规器件相同。其中步骤(1)中所说的前后腔面是在激光器的两端30-50微米处。 其中步骤(2)中所说的腔面附近指的是距离腔面为10-15微米区域。其中步骤(3)中所说的腐蚀深度为0.8-1.2微米，温度为200-300'C，生长氮化铝的厚度为 0.4-0. 8微米。其中步骤(4)中所说的常温下生长薄的氮化铝层，其厚度在0.1-0.2微米。其中步骤(5)中所说的相应厚度是四分之一波长的光学厚度。
为了进一步说明本发明的技术特征，以下结合附图和实施例来进一步说明，其中图l是 带有非吸收窗口的大功率镓砷/铝镓砷激光器的结构示意图。图中，1是N面电极；2是衬底；3是外延层；4是有源区；5是P面电极；6是窗口区；7是注入区；8是高温生长的 氮化铝(A1N) ; 9是常温下生长的A1N ; 10是窗口预留区；11是窗口区中的条形以外区 域；12是窗口区中的条形以内区域；13是注入区中的条形以外区域；14是注入区中的条形 以内区域；15是前腔面A1N抗反射膜。
具体实施方式
请结合参阅图1所示，用AlN制作大功率镓砷/铝镓砷激光器非吸收窗口的方法是原 始材料是一片镓砷/铝镓砷外延片，外延片包括衬底2和外延层3 ，有源区4离表面的深度 为1.7微米；在窗口区6 、注入区7上用光刻的方法，采用光刻胶AZ — 1350掩盖区域10、 13 、 14，除去区域U、 12的光刻胶；在区域H 、 12用腐蚀液(硫酸水双氧水=9: 4 : 4 )腐蚀0.8-1.2微米；用反应磁控溅射方法，在200-30(TC下，在外延片表面生长0. 4-0. 8 微米A1N8;用丙酮超声清洗去除区域10 、 13 、 14的光刻胶及其上的A1N层；再利用二次 光刻的方法，采用光刻胶AZ — 1350掩盖区域10、 11 、 12、 14 ,除去区域13的光刻胶； 用腐蚀液(硫酸水双氧水=2 :5:2)微腐蚀区域13 ，深度为0. 2微米；用反应磁控 溅射方法，常温下在外延片表面生长0. 1-0. 2微米的A1N 9;用丙酮超声清洗去除区域10、 11 、 12、 14的光刻胶及其上的A1N层；用直流磁控溅射的方法，在上表面形成P面电极5 ; 减薄，抛光；用直流磁控溅射的方法，在下表面形成N面电极l ;解理，然后用反应磁控溅 射的方法在前腔面镀光学厚度为四分之一波长的A1N作为抗反射膜15，形成如图1所示意的 带有非吸收窗口的大功率镓砷/铝镓砷激光器结构。因为A1N的热膨胀系数比镓砷/铝镓砷材料的热膨胀系数小，在区域11、 12高温生长的A1N 8回到常温时，对其下的有源区4有压应力，A1N层8离有源区4越近，压应力越大。 半导体材料受到压应力，其带隙增宽，这样窗口区6的有源区4带隙比区域14下的有源区 带隙宽，光子经过此区域时，吸收减少，形成非吸收窗口。同时在区域13常温生长的A1N层 9作为绝缘介质层，用AlN代替传统的Sift作为绝缘层，主要考虑A1N的热导率约是Si02的 200倍，具有良好的导热性。窗口区6中的A1N层8起到良好的电阻隔作用，可以有效减少 窗口处的非辐射吸收。窗口预留区10可以保证腔面的镜面效果不被破坏。间隔式条形窗口可 以根据实际注入区的条宽选择不同的间隔距离和间隔条数，所以这种方法适用于任意条宽镓 砷/铝镓砷激光器的非吸收窗口。另外，A1N膜由于在可见光和近红外波段具有高透过率和低 吸收的特点，用它作为激光器前腔面抗反射膜，既可以起到增透的作用还有很好的钝化效果。本发明利用A1N材料的特点，用AlN膜形成一种简单有效的大功率镓砷/铝镓砷激光器非 吸收窗口，并用A1N膜代替Si"作为绝缘膜和腔面抗反射膜,该方法工艺简单，成本低,能提高 激光器的C0D阈值，延长器件寿命。
权利要求
1、一种用AlN制作大功率镓砷/铝镓砷激光器非吸收窗口的方法，其特征在于，包括如下步骤(1)利用高温氮化铝膜对有源区的压应力，在镓砷/铝镓砷激光器的前后腔面处形成非吸收窗口区，两窗口区的中间部分为注入区；(2)窗口区中腔面附近为预留区；(3)对窗口区中的条形以内的区域进行间隔式深腐蚀，间隔距离为8-10微米，对窗口区中条形以外的区域进行全部深腐蚀，腐蚀深度接近有源区，然后在相应温度下生长氮化铝层；(4)对注入区中的条形以外的区域进行微腐蚀，除去欧姆接触层，然后在常温下，生长薄的氮化铝作为绝缘层，代替传统的二氧化硅层；(5)前腔面镀相应厚度的AlN作为抗反射膜。
2 、根据权利要求l所述的一种用AlN制作大功率镓砷/铝镓砷激光器非吸收窗口的方法，其特征在于，其中步骤(1)中所说的前后腔面是在激光器的两端30-50微米处。
3 、根据权利要求1所述的一种用A1N制作大功率镓砷/铝镓砷激光器非吸收窗口的方法，其特征在于，其中步骤(2)中所说的腔面附近指的是距离腔面为10-15微米区域。
4 、根据权利要求1所述的一种用A1N制作大功率镓砷/铝镓砷激光器非吸收窗口的方法，其特征在于，其中步骤(3)中所说的腐蚀深度为0. 8-1. 2微米,温度为200-300°C,生长 氮化铝的厚度为O. 4-0.8微米。
5 、根据权利要求l所述的一种用AlN制作大功率镓砷/铝镓砷激光器非吸收窗口的方法，其特征在于，其中步骤(4)中所说的常温下生长薄的氮化铝层，其厚度为0.1-0. 2微米。 6、根据权利要求1所述的一种用A1N制作大功率镓砷/铝镓砷激光器非吸收窗口的方法， 其特征在于，其中步骤(5)中所说的相应厚度是四分之一波长的光学厚度。
全文摘要
本发明一种用AlN制作大功率镓砷/铝镓砷激光器非吸收窗口的方法，属于半导体光电子器件技术领域。本发明利用AlN材料热导率高，热膨胀系数小，电阻率高，透过率高等的特点，用AlN膜形成一种简单有效的大功率镓砷/铝镓砷激光器非吸收窗口，并用AlN膜代替SiO<sub>2</sub>作为绝缘膜和腔面抗反射膜，该方法工艺简单，成本低，能提高激光器的COD阈值，延长器件寿命。该技术方案适用于任意条宽的大功率镓砷/铝镓砷激光器非吸收窗口的制造。
文档编号H01S5/00GK101222120SQ20071019358
公开日2008年7月16日 申请日期2007年12月19日 优先权日2007年12月19日
发明者么艳平, 乔忠良, 刘春玲, 晶 张, 王玉霞, 薄报学, 欣 高 申请人:长春理工大学